双S型YVO4/TiO2/BiVO4 异质结的构筑及光催化CO2还原性能

doi:10.7503/cjcu20240298

摘要/Abstract

摘要：

以电纺TiO₂纳米纤维为基质, 通过一步水热法制备了双S型YVO₄/TiO₂/BiVO₄异质结复合纤维材料. 采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、 X射线光电子能谱仪、紫外-可见吸收光谱仪和光致发光技术等对其结构和成分进行表征, 并研究了模拟太阳光下复合催化剂的光催化CO₂还原性能. 结果表明, YVO₄/TiO₂/BiVO₄复合纤维材料对CO₂的还原能力优于单体材料, 光催化CO₂生成CH₄和CH₃OH的速率分别为13.88 和3.46 μmol∙g^‒1∙h^‒1. 光催化活性的提高归因于YVO₄, BiVO₄和TiO₂异质结的形成以及光生载流子的双S型电荷传输模式.

关键词: S型异质结, 复合纤维, 静电纺丝, 光催化二氧化碳还原

Abstract:

The double S-scheme heterojunction of YVO₄/TiO₂/BiVO₄ compoite fibers material was prepared by one-step hydrothermal method using TiO₂ electrospun nanofibers as substrate. The structures of the composite catalyst were characterized by X-ray diffraction， scanning electron microscopy， transmission electron microscopy， X-ray photoelectron spectroscopy， ultraviolet visible diffuse reffectance spectroscopy and photoluminescence. The performance of photocatalytic CO₂ reduction over the composite catalyst under simulated sunlight was studied. The results show that photocatalytic activity of YVO₄/TiO₂/BiVO₄ composite fibers was investigated via production of methanogenesis from photocatalytic reduction of CO₂. The CO₂ reduction capability of composite fibers was better compared to that of monomer materials. The photocatalytic production rate of CH₄ and CH₃OH of YVO₄/TiO₂/BiVO₄ were 13.88 and 3.46 μmol·g^‒1·h^‒1， respectively. The increased photocatalytic activity of YVO₄/TiO₂/BiVO₄ is attributed to the formation of heterojunctions between YVO_4，BiVO₄ and TiO₂ as well as the S‐scheme charge transfer mode of the photogenerated carriers， both of which are conducive to separation efficiency of photo‐generated carriers and photocatalytic CO₂reduction activity.

Key words: S-scheme heterojunction, Composite fiber, Electrospinning, Photocatalytic CO₂ reduction

中图分类号:

O643

TrendMD:

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图/表 10

Fig.1 XRD patterns of the different samples

Fig.2 XPS spectra of survey(A), Bi4f (B), Y3d (C), V2p (D), Ti2p (E) and O1s (F) of the YVO4/TiO2/BiVO4 sample

Fig.3 SEM images of the different samples and EDS mappings of YV⁃T⁃BV sample（A） TiO2；（B） BV-T；（C） YV-T；（D） YV-T-BV；（E） SEM image；（F） Y；（G） V；（H） Ti；（I） Bi；（J） O.

Fig.4 TEM(A) and corresponding HRTEM(B) images of YV⁃T⁃BV sample

Fig.5 UV⁃Vis diffuse reflectance absorption spectra(A), photocurrent response(B) and PL spectra(C) of the different samples

Fig.6 N2 adsorption⁃desorption isotherms, pore⁃size distribution(inset)(A) and CO2 adsorption(B) of differnt samples

Fig.7 Yields of CH4 and CH3OH for photocatalytic CO2 reduction of different samples after 3 h irradiation(A) and time course of the products in the photocatalytic conversion of CO2 over YV⁃T⁃BV sample(B)

Fig.8 AQE curve under different wavelength irradiation(A), recycling curves(B), XRD patterns and SEM images(inset) before and after cycle(C) of YV⁃T⁃BV sample for photocatalytic CO2 reduction

Fig.9 EPR spectra of DMPO⁃•OH(A) and DMPO⁃•O2- (B) adducts over different samples under illumination for 10 min, schematic diagrams of conventional type⁃I, type⁃II(C) and double S⁃scheme heterojunction(D)

Fig.10 Schematic diagram of the energy band structure

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双S型YVO₄/TiO₂/BiVO₄异质结的构筑及光催化CO₂还原性能

Construction of Double S-scheme YVO₄/TiO₂/BiVO₄ Heterojunction and Its Photocatalytic CO₂ Reduction Performance

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